Андрей Смирнов
Время чтения: ~20 мин.
Просмотров: 57

Как правильно рассчитать сечение и исключить перегрев кабеля

Расчет плотности тока в веществе

Свободные токи

Носители заряда, которые могут свободно перемещаться, составляют плотность свободного тока , которая задается выражениями, такими как приведенные в этом разделе.

Электрический ток — это грубая средняя величина, которая говорит о том, что происходит во всем проводе. В позиции г в момент времени Т , то распределение по заряду течет описываются плотностью тока:

j(р,т)знак равноρ(р,т)vd(р,т){\ displaystyle \ mathbf {j} (\ mathbf {r}, t) = \ rho (\ mathbf {r}, t) \; \ mathbf {v} _ {\ text {d}} (\ mathbf {r} , t) \,}

где j ( r ,  t ) — вектор плотности тока, v d ( r ,  t ) — средняя скорость дрейфа частиц (единица СИ: м ∙ с −1 ), и

ρ(р,т)знак равноqп(р,т){\ Displaystyle \ rho (\ mathbf {г}, т) = д \, п (\ mathbf {г}, т)}

— плотность заряда (единица СИ: кулоны на кубический метр ), в которой n ( r ,  t ) — количество частиц в единице объема («числовая плотность») (единица СИ: м −3 ), q — заряд отдельные частицы с плотностью n (единица СИ: кулоны ).

Обычное приближение к плотности тока предполагает, что ток просто пропорционален электрическому полю, что выражается следующим образом:

jзнак равноσE{\ Displaystyle \ mathbf {j} = \ sigma \ mathbf {E} \,}

где E — электрическое поле, а σ — электропроводность .

Электропроводность σ является обратной ( обратной ) величиной удельного электрического сопротивления и имеет единицы СИ — сименс на метр (См- 1 ), а E имеет единицы СИ — ньютон на кулон (Н⋅К − 1 ) или, что то же самое, вольт. на метр (V⋅m −1 ).

Более фундаментальный подход к расчету плотности тока основан на:

j(р,т)знак равно∫-∞т∫Vσ(р-р′,т-т′)E(р′,т′)d3р′dт′{\ displaystyle \ mathbf {j} (\ mathbf {r}, t) = \ int _ {- \ infty} ^ {t} \ left {\ text {d}} t ‘\,}

указывающий на запаздывание реакции зависимостью σ от времени и нелокальный характер реакции на поле посредством пространственной зависимости σ , оба вычисляемые в принципе на основе лежащего в основе микроскопического анализа, например, в случае достаточно малых полей , функция линейного отклика для проводящего поведения в материале. См., Например, Giuliani & Vignale (2005) или Rammer (2007). Интеграл распространяется на всю прошлую историю до настоящего времени.

Указанная выше проводимость и связанная с ней плотность тока отражают фундаментальные механизмы, лежащие в основе переноса заряда в среде как во времени, так и на расстоянии.

Преобразование Фурье в пространстве и во времени , то результаты в:

j(k,ω)знак равноσ(k,ω)E(k,ω){\ Displaystyle \ mathbf {J} (\ mathbf {k}, \ omega) = \ sigma (\ mathbf {k}, \ omega) \; \ mathbf {E} (\ mathbf {k}, \ omega) \, }

где σ ( k ,  ω ) теперь .

Во многих материалах, например в кристаллических, проводимость является тензором , и ток не обязательно имеет то же направление, что и приложенное поле. Помимо свойств самого материала, приложение магнитных полей может изменить поведение проводимости.

Токи поляризации и намагничивания

Токи возникают в материалах при неравномерном распределении заряда.

В диэлектрических материалах существует плотность тока, соответствующая чистому движению электрических дипольных моментов на единицу объема, то есть поляризации P :

jпзнак равно∂п∂т{\ displaystyle \ mathbf {j} _ {\ mathrm {P}} = {\ frac {\ partial \ mathbf {P}} {\ partial t}}}

Аналогично магнитным материалам , циркуляция магнитных дипольных моментов на единицу объема, то есть намагниченности M, приводит к токам намагничивания :

jMзнак равно∇×M{\ Displaystyle \ mathbf {j} _ {\ mathrm {M}} = \ набла \ раз \ mathbf {M}}

Вместе эти члены складываются в плотность связанного тока в материале (результирующий ток из-за движений электрического и магнитного дипольных моментов на единицу объема):

jбзнак равноjп+jM{\ displaystyle \ mathbf {j} _ {\ mathrm {b}} = \ mathbf {j} _ {\ mathrm {P}} + \ mathbf {j} _ {\ mathrm {M}}}

Общий ток материалов

Полный ток — это просто сумма свободного и связанного токов:

jзнак равноjж+jб{\ displaystyle \ mathbf {j} = \ mathbf {j} _ {\ mathrm {f}} + \ mathbf {j} _ {\ mathrm {b}}}

Ток смещения

Также существует ток смещения, соответствующий изменяющемуся во времени электрическому полю смещения D :

jDзнак равно∂D∂т{\ displaystyle \ mathbf {j} _ {\ mathrm {D}} = {\ frac {\ partial \ mathbf {D}} {\ partial t}}}

который является важным членом в законе оборота Ампера , одном из уравнений Максвелла, поскольку отсутствие этого члена не предсказывает распространение электромагнитных волн или временную эволюцию электрических полей в целом.

Чем определяется плотность тока

Понятие плотности тока определяется количеством электричества, протекающим через сечение проводника в течение одной секунды. Направление электротока является перпендикулярным сечению проводника.

Если взять однородный проводник цилиндрической формы, в котором ток имеет равномерное распределение по всему сечению, то его плотность будет выражаться в виде формулы: J = I / S
, где I является силой тока, а S — площадью поперечного сечения. Единицей измерения этой величины служит А/м2 (ампер на метр квадратный). Данная величина является векторной. Ее направление совпадает с направлением напряженности электрического поля.

Применение

При изучении электрического тока было обнаружено множество его свойств, которые позволили найти ему практическое применение в различных областях человеческой деятельности, и даже создать новые области, которые без существования электрического тока были бы невозможны. После того, как электрическому току нашли практическое применение, и по той причине, что электрический ток можно получать различными способами, в промышленной сфере возникло новое понятие — электроэнергетика.

Электрический ток используется как носитель сигналов разной сложности и видов в разных областях (телефон, радио, пульт управления, кнопка дверного замка и так далее).

В некоторых случаях появляются нежелательные электрические токи, например блуждающие токи или ток короткого замыкания.

Использование электрического тока как носителя энергии

  • получения механической энергии во всевозможных электродвигателях,
  • получения тепловой энергии в нагревательных приборах, электропечах, при электросварке,
  • получения световой энергии в осветительных и сигнальных приборах,
  • возбуждения электромагнитных колебаний высокой частоты, сверхвысокой частоты и радиоволн,
  • получения звука,
  • получения различных веществ путём электролиза, зарядка электрических аккумуляторов. Здесь электромагнитная энергия превращается в химическую,
  • создания магнитного поля (в электромагнитах).

Использование электрического тока в медицине

  • диагностика — биотоки здоровых и больных органов различны, при этом бывает возможно определить болезнь, её причины и назначить лечение. Раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме называется электрофизиология.
    • Электроэнцефалография — метод исследования функционального состояния головного мозга.
    • Электрокардиография — методика регистрации и исследования электрических полей при работе сердца.
    • Электрогастрография — метод исследования моторной деятельности желудка.
    • Электромиография — метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах.
  • Лечение и реанимация: электростимуляции определённых областей головного мозга; лечение болезни Паркинсона и эпилепсии, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии и иных сердечных аритмиях.

Как рассчитать сечение по току?

Табличные значения не могут учесть индивидуальных особенностей устройства и эксплуатации сети. Специфика у таблиц среднестатистическая. Не приведены в них параметры максимально допустимых для конкретного кабеля токов, а ведь они отличаются у продукции с разными марками. Весьма поверхностно затронут в таблицах тип прокладки. Дотошным мастерам, отвергающим легкий путь поиска по таблицам, лучше воспользоваться способом расчетаразмера сечения провода по току. Точнее по его плотности.

Допустимая и рабочая плотность тока

Начнем с освоения азов: запомним на практике выведенный интервал 6 — 10. Это значения, полученные электриками многолетним «опытным путем». В указанных пределах варьирует сила тока, протекающего по 1 мм² медной жилы. Т.е. кабель с медной сердцевиной сечением 1 мм² без перегрева и оплавления изоляции предоставляет возможность току от 6 до 10 А спокойно достигать ожидающего его агрегата-потребителя. Разберемся, откуда взялась и что означает обозначенная интервальная вилка.

Согласно кодексу электрических законов ПУЭ 40% отводится кабелю на неопасный для его оболочки перегрев, значит:

  • 6 А, распределенные на 1 мм² токоведущей сердцевины, являются нормальной рабочей плотностью тока. В данных условиях проводник работать может бесконечно долго без каких-либо ограничений по времени;
  • 10 А, распределенные на 1 мм² медной жилы, протекать по проводнику могут краткосрочно. Например, при включении прибора.

Потоку энергии 12 А в медном миллиметровом канале будет изначально «тесно». От тесноты и толкучки электронов увеличится плотность тока. Следом повысится температура медной составляющей, что неизменно отразиться на состоянии изоляционной оболочки.

Обратите внимание, что для кабеля с алюминиевой токоведущей жилой плотность тока отображает интервал 4 – 6 Ампер, приходящийся на 1 мм² проводника. Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:

Следовательно:

Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:

  • кабель с жилой сечением 2,5 мм² сможет транспортировать ток в 25 А всего лишь несколько десятых секунды во время включения техники;
  • он же бесконечно долго сможет передавать ток в 15А.

Приведенные выше значения плотности тока действительны для открытой проводки. Если кабель прокладывается в стене, в металлической гильзе или в пластиковом кабель канале, указанную величину плотности тока нужно помножить на поправочный коэффициент 0,8. Запомните и еще одну тонкость в организации открытого типа проводки. Из соображений механической прочности кабель с сечением меньше 4 мм² в открытых схемах не используют.

Изучение схемы расчета

Суперсложных вычислений снова не будет, расчет провода по предстоящей нагрузке предельно прост.

  • Сначала найдем предельно допустимую нагрузку. Для этого суммируем мощность приборов, которые предполагаем одновременно подключать к линии. Сложим, например, мощность стиральной машины 2000 Вт, фена 1000 Вт и произвольно какого-либо обогревателя 1500 Вт. Получили мы 4500 Вт или 4,5 кВт.
  • Затем делим наш результат на стандартную величину напряжения бытовой сети 220 В. Мы получили 20,45…А, округляем до целого числа, как положено, в большую сторону.
  • Далее вводим поправочный коэффициент, если в нем есть необходимость. Значение с коэффициентом будет равно 16,8, округленно 17 А, без коэффициента 21 А.
  • Вспоминаем о том, что рассчитывали рабочие параметры мощности, а нужно еще учесть предельно допустимое значение. Для этого вычисленную нами силу тока умножаем на 1,4, ведь поправка на тепловое воздействие 40%. Получили: 23,8 А и 29,4 А соответственно.
  • Значит, в нашем примере для безопасной работы открытой проводки потребуется кабель с сечением более 3 мм², а для скрытого варианта 2,5 мм².

Не забудем о том, что в силу разнообразных обстоятельств порой включаем одновременно больше агрегатов, чем рассчитывали. Что есть еще лампочки и прочие приборы, незначительно потребляющие энергию

Запасемся некоторым резервом сечения на случай увеличения парка бытовой техники и с расчетами отправимся за важной покупкой

Использование плотности тока на практике

Очень часто возникает вопрос о возможности использования конкретного провода для тех или иных целей. То есть, способен ли он выдержать определенную нагрузку

В этих случаях, очень важно определить плотность электротока с допустимой величиной

Данный показатель очень важен, поскольку в каждом проводнике возникает сопротивление току, протекающему через него. Происходят потери тока, из-за чего проводник начинает нагреваться. При слишком больших потерях, наступает критическое нагревание, вызывающее расплавление проводника. Чтобы исключить подобные ситуации, каждому прибору или потребителю устанавливается наиболее оптимальная плотность тока, формула которой позволит рассчитать .

Когда возникает необходимость выбрать нужное сечение провода или кабеля, необходимо учитывать допустимое значение плотности электротока. Для практических расчетов во время проектирования используются специальные таблицы и формулы, позволяющие получить желаемый результат.

Для разных существуют различные значения плотности. В настоящее время используются только медные провода, в которых плотность электротока не должна превышать 6-10 А/мм2. Это особенно актуально для долговременной эксплуатации, когда проводке обеспечивается облегченный режим. Допускается эксплуатация и при повышенных нагрузках, только на очень короткое время.

Электрическим током
называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический ток в проводниках различного рода представляет собой либо направленное движение электронов в металлах (проводники первого рода), имеющих отрицательный заряд, либо направленное движение более крупных частиц вещества — ионов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд — в электролитах (проводники второго рода), либо направленное движение электронов и ионов обоих знаков в ионизированных газах (проводники третьего рода).

За направление электрического
тока условно принято направление движения положительно заряженных частиц.

Для существования электрического тока
в веществе необходимо:

  1. наличие заряженных частиц, способных свободно перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля;
  2. наличие источника тока, создающего и поддерживающего в проводнике в течение длительного времени электрическое поле.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

Сила тока
— скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда q, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени t, к этому промежутку времени.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным
.

Единица силы тока — основная единица в СИ 1 А — есть сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам очень маленького сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает силу взаимодействия между ними 2·10 -7 Н на каждый метр длины проводников.

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной l (рис. 1). Заряд каждой частицы q 0 . В объеме проводника, ограниченном сечениями 1 и 2, содержится nSl частиц, где n — концентрация частиц. Их общий заряд

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов , то за промежуток времени

все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока:

Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов при максимально допустимых значениях силы тока ~ 10 -4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения ~ 10 6 м/с.

J — это векторная физическая величина, модуль которой определяется отношением силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника, т.е.

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м 2).

Как следует из формулы (1),

направление вектора плотности тока совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

Уравнение неразрывности

Поскольку заряд сохраняется, плотность тока должна удовлетворять уравнению неразрывности . Вот вывод из первых принципов.

Чистый поток из некоторого объема V (который может иметь произвольную форму, но фиксирован для расчета) должен равняться чистому изменению заряда, удерживаемого внутри объема:

∫Sj⋅dАзнак равно-ddт∫VρdVзнак равно-∫V∂ρ∂тdV{\ displaystyle \ int _ {S} {\ mathbf {j} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {A}} = — {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t}} \ int _ {V} {\ rho \; \ mathrm {d} V} = — \ int _ {V} {{\ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}} \; \ mathrm {d} V} }

где ρ представляет собой плотность заряда , а д является поверхность элементом поверхности S , охватывающий объем V . Поверхностный интеграл слева выражает текущий отток из объема, а объемный интеграл с отрицательным знаком справа выражает уменьшение общего заряда внутри объема. Из теоремы о расходимости

∫Sj⋅dАзнак равно∫V∇⋅jdV{\ displaystyle \ int _ {S} {\ mathbf {j} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {A}} = \ int _ {V} {\ mathbf {\ nabla} \ cdot \ mathbf {j} \ ; \ mathrm {d} V}}

Отсюда:

∫V∇⋅jdV знак равно-∫V∂ρ∂тdV{\ displaystyle \ int _ {V} {\ mathbf {\ nabla} \ cdot \ mathbf {j} \; \ mathrm {d} V} \ = — \ int _ {V} {{\ frac {\ partial \ rho } {\ partial t}} \; \ mathrm {d} V}}

Это соотношение справедливо для любого объема, независимо от размера или местоположения, что подразумевает, что:

∇⋅jзнак равно-∂ρ∂т{\ displaystyle \ nabla \ cdot \ mathbf {j} = — {\ frac {\ partial \ rho} {\ partial t}}}

и это соотношение называется уравнением неразрывности .

1.3.31

Выбор экономических сечений проводов воздушных и
жил кабельных линий, имеющих промежуточные отборы мощности, следует производить
для каждого из участков, исходя из соответствующих расчетных токов участков.
При этом для соседних участков допускается принимать одинаковое сечение
провода, соответствующее экономическому для наиболее протяженного участка, если
разница между значениями экономического сечения для этих участков находится в
пределах одной ступени по шкале стандартных сечений. Сечения проводов на
ответвлениях длиной до 1 км принимаются такими же, как на ВЛ, от которой
производится ответвление. При большей длине ответвления экономическое сечение
определяется по расчетной нагрузке этого ответвления.

Плотность электрического тока

Под действием электрического поля начинается упорядоченное перемещение зарядов, известное всем, как электрический ток. Обычно для движения зарядов используется какая-либо среда, которая называется проводником и является носителем тока.

Плотность тока совместно с другими факторами характеризует движение зарядов. Формула плотности тока дает описание электрического заряда, переносимого в течение 1 секунды через определенное сечение проводника, направленного перпендикулярно этому току.

Таким образом, с физической точки зрения плотность тока — это заряды, в определенном количестве протекающие через установленную единицу площади в период единицы времени. Данный параметр является векторной величиной и представляется в виде соотношения силы тока и площади поперечного сечения проводника, по которому и протекает этот ток. Модульное значение плотности тока будет равно: j = I/S. В этой формуле j является модулем вектора, I — силой тока, S — площадью поперечного сечения.

Векторы плотности тока и скорости движения токообразующих зарядов имеют одинаковое направление, если заряды обладают положительным значением и противоположное — когда они отрицательные.

В чем измеряется плотность тока? В качестве единицы измерения используется А/мм2. Данная величина применяется на практике, в основном, для принятия решения о выборе того или иного проводника в соответствии с его способностями выдерживать те или иные нагрузки. плотность играет важную роль, поскольку каждый проводник обладает сопротивлением. В результате потерь тока происходит нагрев проводника. Чрезмерные потери приводят к критическому нагреванию, вплоть до расплавления жил.

Для предотвращения подобных ситуаций, каждый потребитель рассчитывается на определенную плотность, по которой проводника. Во время проектирования, помимо расчетных формул, используются уже готовые таблицы, содержащие все необходимые исходные данные, на основе которых можно получить конечный результат.

Следует помнить, что у разных проводников неодинаковая плотность электрического тока. В современных условиях практикуется использование преимущественно медных проводов, где это значение не превышает 6-10 А/мм2. Это приобретает особую актуальность в условиях длительной эксплуатации, когда проводка должна работать в облегченном режиме. Повышенные нагрузки допускаются, но лишь на короткий период времени.

9.Сопротивление и проводимость.

Сопротивление зависит от геометрии и от вещества, из которого сделан проводник.

Для цилиндрического проводника одинакового поперечного сечения оно вычисляется особенно просто.

Измерив сопротивление, можно вычислить ёмкость и наоборот.

Данное устройство иногда называется конденсатором с утечкой.

По физическому смыслу, удельное сопротивление – это сопротивление куба вещества с ребром 1 м, если подводящие провода подключены к центрам противоположных граней.

Приведем таблицу удельных сопротивлений

Медь

1,72·10-8Ом·м

Серебро

1,6·10-8Ом·м

Алюминий

2,6·10-8Ом·м

Свинец

2,0·10-6Ом·м

Графит

3·10-5Ом·м

Германий

0,6Ом·м

Стекло

10+9Ом·м

Плотность тока насыщения

В физической электронике используют понятие плотности тока насыщения. Эта величина характеризует эмиссионную способность металла, из которого сделан катод, и зависит от его вида и температуры.

Плотность тока насыщения выражается формулой, которая была выведена на основе квантовой статистики Ричардсоном и Дешманом:

j – плотность тока насыщения[А/м2]

R — среднее значение коэффициента отражения электронов от потенциального барьера

A — термоэлектрическая постоянная со значением 120,4 А/(K2·см2)

T— температура

— значение работы выхода из катода электронов , q – электронный заряд

k — постоянная Больцмана, которая равна 1,38·10-23 Дж/К

Скорее всего, Вам будет интересно:

  • Закон Кулона: формулировка, определение, формула
  • Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ), формулы МКТ
  • Уравнение состояния идеального газа Менделеева-Клапейрона с выводом
  • Свойства вписанной в треугольник окружности
  • Основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ) с выводом
  • WN6 рейтинг – что это
  • Свойства прямоугольной трапеции
  • Как найти область определения функции онлайн
  • Средняя линия трапеции: чему равна, свойства, доказательство теоремы
  • Состав служебного программного обеспечения

§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение

Если
в цепи на носители тока действуют только
силы электростатического поля, то
происходит перемещение носителей (они
предполагаются положительными) от точек
с большим потенциалом к точкам с меньшим
потенциалом. Это приведет к выравниванию
потенциалов во всех точках цепи и к
исчезновению электрического поля.
Поэтому для существования постоянного
тока
необходимо наличие в цепи устройства,
способного создавать и поддерживать
разность потенциалов за счет работы
сил неэлектростатического происхождения.
Такие устройства называются источниками
тока.
Силы
неэлектростатического
происхождения,
действующие
на заряды со стороны источников тока,
называются сторонними.

Природа сторонних
сил может быть различной. Например, в
гальванических элементах они возникают
за счет энергии

156

химических реакций
между электродами и электролитами; в
генераторе — за счет механической
энергии вращения ротора генератора и
т. п. Роль источника тока в электрической
цепи, образно говоря, такая же, как роль
насоса, который необходим для перекачивания
жидкости в гидравлической системе. Под
действием создаваемого поля сторонних
сил электрические заряды движутся
внутри источника тока против сил
электростатического поля, благодаря
чему на концах цепи поддерживается
разность потенциалов и в цепи течет
постоянный электрический ток.

Сторонние
силы совершают работу по перемещению
электрических зарядов.
Физическая
величина, определяемая работой,
совершаемой сторонними силами при
перемещении единичного положительного
заряда, называется электродвижущей
силой (э. д. с.)
ξ,
действующей
в цепи:

ξ=A/Q.
(97.1)

Эта
работа производится за счет энергии,
затрачиваемой в источнике тока, поэтому
величину ξможно
также называть электродвижущей силой
источника тока, включенного в цепь.
Часто, вместо того чтобы сказать: «в
цепи действуют сторонние силы», говорят:
«в цепи действует э. д. с.», т. е. термин
«электродвижущая сила» употребляется
как характеристика сторонних сил. Э. д.
с., как и потенциал, выражается в вольтах
(ср. (84.9) и (97.1)).

Сторонняя
сила Fст,
действующая
на заряд Q,
может
быть выражена как

fст=
EстQ,

где
Ест
— напряженность поля сторонних сил.
Работа же сторонних сил по перемещению
заряда Q
на
замкнутом участке цепи равна

Разделив
(97.2) на Q,
получим
выражение для э.д.с., действующей в цепи:

т. е.
э.д.с., действующая в замкнутой цепи,
может быть определена как циркуляция
вектора напряженности поля сторонних
сил. Э.д.с., действующая на участке 12,

равна

На
заряд Q
помимо
сторонних сил действуют также силы
электростатического поля Fe=QE.
Таким
образом, результирующая сила, действующая
в цепи на заряд Q,
равна

F=Fст+Fc=Q(Eст+E).

Работа,
совершаемая результирующей силой над
зарядом Q
на
участке 12,
равна

Используя выражения
(97.3) и (84.8), можем записать

Для
замкнутой цепи работа электростатических
сил равна нулю (см. §83), поэтому в данном
случае A12=Qξ12.

Напряжением
U
на
участке 12
называется
физическая величина, определяемая
работой, совершаемой суммарным полем
электростатических (кулоновских) и
сторонних сил при перемещении единичного
положительного заряда на данном участке
цепи. Таким образом, согласно (97.4),

U12=1-212.

Понятие напряжения
является обобщением понятия разности
потенциалов: напряжение на концах
участка цепи равно разности потенциалов
в том случае, если на этом участке не
действует э.д.с., т. е. сторонние силы
отсутствуют.

Электробезопасность

Основная статья: Электробезопасность

Включает в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой. Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование. Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление человека при сухой и неповрежденной коже колеблется от 3 до 100 кОм.

Ток, пропущенный через организм человека или животного, производит следующие действия:

  • термическое (ожоги, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);
  • электролитическое (разложение крови, нарушение физико-химического состава);
  • биологическое (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги);
  • механическое (разрыв кровеносных сосудов под действием давления пара, полученного нагревом током крови).

Основным фактором, обуславливающим исход поражения током, является величина тока, проходящего через тело человека. По технике безопасности электрический ток классифицируется следующим образом:

  • безопасным считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений, его величина не превышает 50 мкА (переменный ток 50 Гц) и 100 мкА постоянного тока;
  • минимально ощутимый человеком переменный ток составляет около 0,6—1,5 мА (переменный ток 50 Гц) и 5—7 мА постоянного тока;
  • пороговым неотпускающим называется минимальный ток такой силы, при которой человек уже неспособен усилием воли оторвать руки от токоведущей части. Для переменного тока это около 10—15 мА, для постоянного — 50—80 мА;
  • фибрилляционным порогом называется сила переменного тока (50 Гц) около 100 мА и 300 мА постоянного тока, воздействие которого дольше 0,5 с с большой вероятностью вызывает фибрилляцию сердечных мышц. Этот порог одновременно считается условно смертельным для человека.

В России, в соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок, установлено 5 квалификационных групп по электробезопасности в зависимости от квалификации и стажа работника и напряжения электроустановок.

Основные типы проводников

В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).

Металлы — здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.

Плазма — ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.

Электролиты — «жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока». Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации. При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.

Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации